JP5673620B2

JP5673620B2 - 二次電池、及び、二次電池の集電端子構造

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Publication number: JP5673620B2
Application number: JP2012159529A
Authority: JP
Inventors: 浩之田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: JP2014022179A; US20140023899A1; CN103579571A

Description

本発明は、二次電池、及び、二次電池の集電端子構造に関し、特に、二次電池の電極体と集電端子とを接続する技術に関する。

従来、二次電池において、長尺の集電箔を捲回して電極体を形成し、この電極体の端部に集電端子を接続する構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−１６５４３７号公報

前記従来技術によれば、電極体における集電箔を束ねた拘束部の間に、集電箔を保持するための支持板を挿入した状態で、拘束部を集電板で挟みこむことにより、集電端子と電極体とを接続する構成としている。
しかし、上記の如く構成した場合には、拘束部の間に挿入する支持板が必要となるため、部品点数及び工数の増加に繋がっていた。

本発明は、上記の状況を鑑み、部品点数及び工数を増加させることなく電極体の端部に集電端子を接続することができる、二次電池、及び、二次電池の集電端子構造を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、長尺の正極、負極及びセパレータを捲回して捲回中心軸と直交する所定方向に圧縮した電極体と、該電極体の捲回中心軸方向の両端部に位置する集電箔にそれぞれ接続される二個の集電端子と、を有する二次電池であって、前記電極体には、前記集電箔を束ねた拘束部が、前記所定方向で互いに対向する位置に、互いの間隔が前記電極体における前記所定方向の厚みの１／２となるように形成され、前記二個の集電端子はそれぞれ、前記所定方向の幅が前記拘束部の間隔と同じ長さに形成され、互いに対向する前記拘束部の間に介挿されて前記電極体に接続される中実構造の集電部、及び、該集電部と連結され、前記集電部の幅よりも大きいとともに前記電極体における前記所定方向の厚さからはみださない幅に形成されて、前記電極体の捲回中心軸方向の両端面に沿うように配置される通電部、が一体的に形成され、前記集電部において、前記拘束部と対向する前記所定方向側の面のそれぞれには、前記拘束部の側に突出する突起部が形成されるものである。

請求項２においては、長尺の正極、負極及びセパレータを捲回して捲回中心軸と直交する所定方向に圧縮した電極体と、該電極体の捲回中心軸方向の両端部に位置する集電箔に接続される集電端子と、を接続する、二次電池の集電端子構造であって、前記電極体に、前記集電箔を束ねた拘束部を、前記所定方向で互いに対向する位置に、互いの間隔が前記電極体における前記所定方向の厚みの１／２となるように形成し、前記集電端子を、前記所定方向の幅が前記拘束部の間隔と同じ長さに形成される中実構造の集電部、及び、該集電部と連結され、前記集電部の幅よりも大きいとともに前記電極体における前記所定方向の厚さからはみださない幅に形成されて、前記電極体の捲回中心軸方向の端面に沿うように配置される通電部、で一体的に形成し、前記集電部を互いに対向する前記拘束部の間に介挿して前記電極体に接続し、前記集電部において、前記拘束部と対向する側の面のそれぞれには、前記拘束部の側に突出する突起部が形成されるものである。

本発明によれば、二次電池において、部品点数及び工数を増加させることなく電極体の端部に集電端子を接続することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池の概略構成を示す正面断面図。図１におけるＸ−Ｘ線断面図。電極体と集電端子との接続状態を示した断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。それぞれの図面には本明細書における説明で用いる方向を矢印で記載している。

図１を参照して、本発明に係る二次電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、密閉型のリチウムイオン二次電池であり、例えば車両搭載用として用いられるものである。なお、本発明が適用される対象はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池等の他の二次電池についても適用可能である。

電池１０は、電極体２０と、電極体２０を内部に収納する電池容器である外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する、正極側・負極側の二個の外部端子４０・４０と、電極体２０と外部端子４０・４０とを接続する二個の集電端子４５・４５と、それぞれの外部端子４０及び集電端子４５と外装３０との間に介装される絶縁部材５０・５１と、を具備する。

電極体２０は、長尺の正極、負極及びセパレータを、左右方向に延びる捲回中心軸を中心にして捲回した後に捲回中心軸と直交する方向（本実施形態においては前後方向）に圧縮して形成され、外装３０の内部で電極体２０には電解液が含浸されている。電池１０の充放電時に電極体２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。電極体２０においては、正極側及び負極側（本実施形態においては左右両側）のそれぞれに集電箔２０ａ・２０ａが位置している。電極体２０の正極側及び負極側における集電箔２０ａ・２０ａが位置している部分には、それぞれ集電箔２０ａを束ねた拘束部２０ｂ・２０ｂが、電極体２０の圧縮方向である前後方向に互いに対向する位置に二箇所ずつ（左右両側で計四箇所）形成されている（図２を参照）。本実施形態においては、拘束部２０ｂ・２０ｂを互いに対向する位置に二箇所形成することにより、集電箔２０ａの前後幅が小さくなるように構成している。また、拘束部２０ｂ・２０ｂの間隔（図２中の幅Ａ）は、最も小型化に有利になるように、圧縮方向の電極体２０の厚み（電極体２０の前後幅・図２中の幅Ｂ）の１／２程度となるように形成されている。

電池容器である外装３０は、収納部３１と蓋部３２を有する角柱型缶であり、前後方向幅が上下方向及び左右方向の長さと比較して小さくなるように形成されている。収納部３１は、一面が開口した有底角筒状の部材であり、内部に電極体２０を収納する。蓋部３２は、収納部３１の開口面に応じた形状を有する平板状の部材であり、収納部３１の開口面を塞いだ状態で収納部３１と接合される。蓋部３２において、後述するように外部端子４０・４０が挿通される箇所の間には、電解液を注液するための注液孔３２ｂが開口している。

外部端子４０・４０は、その一部が蓋部３２の外側面から電池１０の外方に突出した状態で左右に一個ずつ配置される。外部端子４０・４０は、集電端子４５・４５を介して電極体２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子４０・４０及び集電端子４５・４５は、電極体２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を電極体２０に取り入れる通電経路として機能する。

集電端子４５・４５はその下端で、電極体２０から延出する正極側・負極側のそれぞれの集電箔２０ａ・２０ａと接続されている。換言すれば、集電端子４５・４５は、電極体２０の捲回中心軸方向（本実施形態においては左右方向）の両端部で電極体２０にそれぞれ接続されるのである。また、集電端子４５・４５は、その上端で外部端子４０・４０と接続されている。つまり、集電端子４５・４５は電極体２０と外部端子４０・４０とを電気的に接続している。集電端子４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。

それぞれの外部端子４０は、その外周面部に固定部材３５が嵌装されることにより、絶縁部材５０・５１を間に介して蓋部３２に対して絶縁状態で固定される。絶縁部材５０・５１の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＦＡ（パーフルオロアルコシキエチレン）等が挙げられる。

外部端子４０・４０における電池１０の外方側に突出する部位には、ねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部が形成される。電池１０の実使用時には、このボルト部を用いて外部端子４０・４０にバスバー、外部装置の接続端子等が締結固定される。締結固定する際、外部端子４０・４０には締結トルクがかかるとともに、ねじ締結によって軸方向へ外力が付与されるため、外部端子４０・４０の材料としては、鉄等の高強度材料を採用することが好ましい。

注液孔３２ｂは、上記の如く蓋部３２において一方の外部端子４０と他方の外部端子４０との間に位置するように開口して形成されている。注液孔３２ｂは、所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部３２の厚さ方向に蓋部３２を貫通する。注液孔３２ｂは、予め電極体２０が収容された外装３０の内部に電解液を注液するために用いられる。注液孔３２ｂには、図１に示すように、封止部材であるブラインドリベット６１、及び、ガスケット３７が取り付けられる。

次に、図２及び図３を参照して、集電端子４５を電極体２０に接続する構成について説明する。なお、図２及び図３においては収納部３１の図示を省略している。
集電端子４５は、中実構造の集電部４５ａと、集電部４５ａと連結される板状の通電部４５ｂと、が一体的にプレス成形されている。
集電部４５ａは通電部４５ｂから内側に突出したブロック状に形成され、拘束部２０ｂ・２０ｂの間に介挿されて電極体２０に接続される。集電部４５ａの前後幅は拘束部２０ｂ・２０ｂの間隔（図２中の幅Ａ）と同程度となるように形成されている。また、図２に示す如く、本実施形態における集電部４５ａには、その前後面のそれぞれに突起部４５ｃ・４５ｃが形成されている。

通電部４５ｂは圧縮方向の電極体２０の厚み（電極体２０の前後幅・図２中の幅Ｂ）と略同一の幅（図２中の幅Ｃ）に形成される。ここで、「略同一」とは、「通電部４５ｂが電極体２０の厚さ方向からはみださない程度に同一」の意味である。つまり、「幅Ｃは幅Ｂと同一か少し小さくなる」ように構成される。集電端子４５・４５は、通電部４５ｂ・４５ｂが電極体２０の捲回中心軸方向である左右方向の両端面に沿うように配置される。

また、通電部４５ｂの板厚（左右方向の厚み・図３中の幅Ｄ）は電極体２０の左右方向長さ（図３中の幅Ｌ）が短くならないように、薄く設計されている。換言すれば、通電部４５ｂは板厚Ｄを薄くすることにより、必要な電極体２０の左右方向長さを確保した際に電池１０が大型化しないように構成しているのである。具体的には、通電部４５ｂの板厚Ｄは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下となるように形成される。本実施形態においては、通電部４５ｂの幅Ｂを電極体２０の厚みと略同一の幅として、集電部４５ａの幅Ａよりも大きくすることにより、通電部４５ｂの板厚Ｄを薄くしても通電断面積を確保する構成としている。

集電端子４５を電極体２０に接続する際は、図３中の矢印Ｒに示す如く、外部端子４０に接続された上端部に対して、通電部４５ｂ及び集電部４５ａを回転させながら曲げて、集電部４５ａを拘束部２０ｂ・２０ｂの間に介挿する。そして、図２中の矢印αに示す如く、拘束部２０ｂ・２０ｂの外側からスポット溶接用電極で拘束部２０ｂ・２０ｂ及び集電部４５ａ（図３中の破線で示した範囲Ｗの部分）を挟持してスポット溶接を行うのである。本実施形態における集電部４５ａの前後面には突起部４５ｃ・４５ｃが形成されているため、突起部４５ｃ・４５ｃに集中して通電させて電流密度が高くなる、いわゆるプロジェクション効果を奏する構成としている。なお、スポット溶接に代えて超音波溶接を用いることも可能である。

上記の如く、本実施形態によれば、電池１０において電極体２０と集電端子４５とを接続する際に、集電箔２０ａを保持するための支持板などを必要としないため、部品点数及び工数を増加させることがない。

また、本実施形態によれば、中実構造の集電部４５ａを拘束部２０ｂ・２０ｂの間に介挿し、拘束部２０ｂ・２０ｂの外側からスポット溶接用電極で挟持してスポット溶接を行う構成としている。これにより、対向する拘束部２０ｂ・２０ｂのそれぞれで溶接を行う必要がなく、一回のスポット溶接で対向する拘束部２０ｂ・２０ｂと集電部４５ａとを溶接することができる。より詳細には、集電部を中空部材（例えば、平面視でＵ字状となる部材）で構成した場合には、対向する拘束部２０ｂ・２０ｂのそれぞれで溶接を行う必要があるところ、本実施形態における集電部４５ａは中実構造であるため、一回の溶接で拘束部２０ｂ・２０ｂと集電部４５ａとを溶接することができるのである。

１０電池
２０電極体
２０ａ集電箔
３０外装（電池容器）
３２蓋部
４５集電端子
４５ａ集電部
４５ｂ通電部

Claims

長尺の正極、負極及びセパレータを捲回して捲回中心軸と直交する所定方向に圧縮した電極体と、該電極体の捲回中心軸方向の両端部に位置する集電箔にそれぞれ接続される二個の集電端子と、を有する二次電池であって、
前記電極体には、前記集電箔を束ねた拘束部が、前記所定方向で互いに対向する位置に、互いの間隔が前記電極体における前記所定方向の厚みの１／２となるように形成され、
前記二個の集電端子はそれぞれ、前記所定方向の幅が前記拘束部の間隔と同じ長さに形成され、互いに対向する前記拘束部の間に介挿されて前記電極体に接続される中実構造の集電部、及び、該集電部と連結され、前記集電部の幅よりも大きいとともに前記電極体における前記所定方向の厚さからはみださない幅に形成されて、前記電極体の捲回中心軸方向の両端面に沿うように配置される通電部、が一体的に形成され、
前記集電部において、前記拘束部と対向する前記所定方向側の面のそれぞれには、前記拘束部の側に突出する突起部が形成される、ことを特徴とする、二次電池。
長尺の正極、負極及びセパレータを捲回して捲回中心軸と直交する所定方向に圧縮した電極体と、該電極体の捲回中心軸方向の両端部に位置する集電箔に接続される集電端子と、を接続する、二次電池の集電端子構造であって、
前記電極体に、前記集電箔を束ねた拘束部を、前記所定方向で互いに対向する位置に、互いの間隔が前記電極体における前記所定方向の厚みの１／２となるように形成し、
前記集電端子を、前記所定方向の幅が前記拘束部の間隔と同じ長さに形成される中実構造の集電部、及び、該集電部と連結され、前記集電部の幅よりも大きいとともに前記電極体における前記所定方向の厚さからはみださない幅に形成されて、前記電極体の捲回中心軸方向の端面に沿うように配置される通電部、で一体的に形成し、
前記集電部を互いに対向する前記拘束部の間に介挿して前記電極体に接続し、
前記集電部において、前記拘束部と対向する側の面のそれぞれには、前記拘束部の側に突出する突起部が形成される、ことを特徴とする、二次電池の集電端子構造。